用于改进用户移动网络接入的主动导航技术的制作方法

用于改进用户移动网络接入的主动导航技术的制作方法
【专利摘要】一种用于为移动装置的用户确定从起始位置行进到目标位置的路径的方法，所述方法包括：接收对从所述起始位置到所述目标位置的推荐路径的请求，其中所述请求包括起始位置、目标位置以及网络质量约束；接收所述起始位置与所述目标位置之间的接入点的网络接入点信息；以及基于所述请求和所述网络接入点信息，通过处理器来生成从所述起始位置到所述目标位置的至少一条推荐路径，其中所述推荐路径满足所述网络质量约束。
【专利说明】用于改进用户移动网络接入的主动导航技术
相关申请案的交叉参考
[0001]本发明要求2011年7月20日由谢海永(Haiyong Xie)等人递交的发明名称为“用于改进用户移动网络接入的主动导航技术(Proactive Navigation Techniques toImprove Users’Mobile Network Access)” 的第 61/509，824 号美国临时专利申请案的在先申请优先权，并且要求2012年7月9日由谢海永(Haiyong Xie)等人递交的发明名称为“用于改进用户移动网络接入的主动导航技术(Proactive Navigation Techniques toImprove Users’Mobile Network Access)”的第13/544592号美国专利申请案的在先申请优先权，上述在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。
【技术领域】
[0002]本发明涉及通信网络，更确切地说，涉及用于改进用户移动网络接入的主动导航技术。
【背景技术】
[0003]广泛部署基于基础设施的移动网络大大有助于移动用户随处接入互联网，例如，这些移动网络为高速蜂窝网络和城域规模的WiFi? (WiFi?是基于电气和电子工程师学会(IEEE) 802.11标准的无线局域网(WLAN))。用户正习惯在移动过程中使用多种互联网服务，例如，浏览、视频流，甚至是视频聊天。与此同时，这些移动应用对移动网络也有各种要求，例如，高可用性、高带宽，以及低丢失率。不幸的是，由于基站(或WiFi?的接入点)分布不均以及区域的地理性质不同，因此，当前部署的移动网络无法处处满足这些要求。移动用户在移动过程中通常会感受到不同的网络质量。网络质量不同的产生原因可能是移动网络的地理分布不均，而用户缺乏此类信息，因而在选择行进路径时忽略了这些信息。

【发明内容】

[0004]在一项实施例中，本发明包含一种用于为移动装置的用户确定从起始位置行进到目标位置的路径的方法，所述方法包括:接收对从所述起始位置到所述目标位置的推荐路径的请求，其中所述请求包括起始位置、目标位置以及网络质量约束；接收所述起始位置与所述目标位置之间的接入点的网络接入点信息；以及基于所述请求和所述网络接入点信息，通过处理器来生成从所述起始位置到所述目标位置的至少一条推荐路径，其中所述推荐路径满足所述网络质量约束。
[0005]在另一实施例中，本发明包含一种用于为移动装置的用户生成从起始点行进到目标点的至少一条推荐路径的设备，所述设备包括:接口，用于从用户接收对推荐路径的请求，其中所述请求包括所述起始点、所述目标点，以及用户约束；接收器，用于接收网络可接入性信息；以及处理器，所述处理器耦接到所述接口和所述接收器，并且用于基于所述用户约束和所述网络可接入性信息来确定所述至少一条推荐路径。
[0006]在另一实施例中，本发明包含一种用于为移动装置的用户生成从起始点行进到目标点的至少一条推荐路径的系统，所述系统包括:用户接口，用于从用户接收对推荐路径的请求，其中所述请求包括所述起始点、所述目标点，以及约束；接收器，用于接收网络可接入性信息；以及处理器，用于基于所述约束和所述网络可接入性信息来确定所述至少一条推荐路径。
[0007]通过结合附图和所附权利要求书进行的以下详细描述将更清楚地理解这些和其他特征。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表不相同部分。
[0009]图1到图6示出了城市区的不同区域的性能数据，表明道路上两个不同运营商的上载和下载吞吐量。
[0010]图7、图8和图9示出了三张物理地图，S卩，一个住宅区、一个商业区，以及具有多条交通繁忙的公路的一个城市区。
[0011]图10为根据一项实施例的直观图，示出了用于为用户确定起始位置与目标位置之间的推荐路径的系统，所述系统在确定时考虑到了网络质量。
[0012]图11所示的地图示出了从起始点到目标点的路径,这条路径可能是由在确定路径时并未考虑网络质量的系统提供给用户的。
[0013]图12所示的地图示出了根据一项实施例的基于网络质量考虑而确定的推荐路径。
[0014]图13的示意图示出了两条路径之间的网络性能差异。
[0015]图14为根据一项实施例的流程图，示出了用于为移动装置的用户确定网络可用性得以改进的推荐路径的方法。
[0016]图15示出了移动装置的框图。
【具体实施方式】
[0017]首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所揭示的系统和/或方法可以使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、附图和技术，包含本文本所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
[0018]本文本揭示了用于网络导向型导航的系统和方法。在一项实施例中，网络优化器从用户接收对从起点到目的地的推荐路径的请求。所述请求可以包含有关行进时间、行进距离以及网络质量的用户约束。网络优化器获取从起点到目的地的不同路径上的网络接入点的网络质量信息。考虑到每条路径上的网络质量，网络优化器可以确定一条或多条推荐路径。推荐路径可能比最短路径长或略长，或者比最快路径花费更多时间，但是可以向用户提供改进的网络可接入性和/或质量。用户可能愿意牺牲一点行进距离或行进时间来换得显著改进的网络可接入性和/或质量。
[0019]尽管广泛部署了基于基础设施的移动网络，但移动用户仍能感受到不同的网络质量。网络质量等级不同的产生原因可能是移动网络的地理覆盖范围不均，而用户缺乏此类信息，因而在选择行进路径时忽略了这些信息。本发明提供了一种用于移动用户在行进过程中改进网络接入的网络导向型导航的新方案。网络导向型导航可以实现此目标，方式为使物理道路图与移动网络性能相关联，并使用它来找到在网络质量和行进距离方面都满足用户需要的路径。通过对比例和位置不同的三张地图上的两个主蜂窝网络进行评估，可以看出，网络导向型导航可以低成本显著改进用户网络接入，从而将行进过程中的平均下载吞吐量增加高达193.8%，其中仅在某些情况下存在3%的多余行进距离。尽管这些是初步结果，但却表明在不改变网络基础设施或移动应用的情况下，存在为移动用户改进网络接入质量的巨大潜力。
[0020]广泛部署基于基础设施的移动网络大大有助于移动用户随处接入互联网，例如，这些移动网络为高速蜂窝网络和城域规模的WiFi。用户正习惯在移动过程中使用多种互联网服务，例如，浏览、视频流，甚至是视频聊天。与此同时，这些移动应用对移动网络也有各种要求，例如，高可用性、高带宽，以及低丢失率。不幸的是，由于基站(或WiFi的接入点)分布不均以及区域的地理性质不同，因此，当前部署的移动网络无法处处满足这些要求。移动用户在移动过程中通常会感受到不同的网络质量。最近的研究表明，即使是在大城市，高速蜂窝网络和WiFi也不总是随处可用的。
[0021]在本发明中，确认一类重要的用户移动，其中要紧的只是源、目的地和移动距离，而路径可以改变。它包含使用GPS导航仪的所有场景。针对这种移动，提供一种新移动服务，即，网络导向型导航，用于根据用户对网络质量的需要以及距离约束来监导用户移动。研究的具体情况是用户在部署了高速蜂窝网络的道路图上移动，因为这种情况比较典型。网络导向型导航的基本理念在于，一对源与目的地之间可能存在长度类似但网络质量不同的多条路径。这种服务帮助用户用一点多余的距离来交换更好的网络接入，从而更好地利用花在路上的时间。这可能有益于并不赶时间的用户，例如，一群朋友开车去远离城市的国家公园，他们想要良好的网络接入来打发车中的时光。一位母亲在交通高峰期接孩子放学，想让孩子做一些在线练习。这种服务还可以用于赶时间的场景，例如，从办公室打车到机场的商人可能想要一直远程访问客户，而不是在办公室直接见面更长时间或是在路上无法交谈。又例如，赶着去电影院的情侣可能更喜欢通过在途中阅读在线评论来选择电影，而不是花很多时间待在家里选电影。
[0022]网络导向型导航的可行性可能取决于所有道路上网络质量的可预测性和地理多样性。收集并分析大小和位置不同的各个道路图上两个主蜂窝网络的性能。图1到图6示出城市区的不同区域的性能数据，表明道路上两个不同运营商的上载和下载吞吐量。图1、图3以及图5分别示出了郊区、城际公路区以及商业区针对上载和下载测试的每个运营商的累积分布函数(⑶F)与道路的平均用户数据报协议(UDP)吞吐量。图2、图4以及图6分别示出了郊区、城际公路区以及商业区的每个运营商的UDP下载吞吐量与道路。图1到图6所示的结果证明，网络性能在具体位置可以是稳定的，但在不同位置可能相当不同，从而表明所揭示的设备、系统以及方法的潜力。这可以进一步用公式表示成优化问题，而且为此提议出一种算法。对数据追踪的初步评估表明网络导向型导航是有效的。
[0023]图7、图8以及图9示出三张物理地图，即，分别为一个住宅区、一个商业区，以及具有多条交通繁忙的公路的一个城市区。前两张地图，图7和图8，覆盖了步行距离(几英里)内的区域，而最后一张地图，图9，覆盖了车程距离(数十英里)内约10倍大的区域。图7、图8以及图9示出测量了蜂窝网络的性能的道路图。深色粗线是用于收集数据的道路。图7是骑自行车收集到的，而图8和图9是开车收集到的。图1和图2中所示的数据是在图7所示的区域中收集到的。图3和图4中所示的数据是在图9所示的区域中收集到的。图5和图6中所示的数据是在图8所示的区域中收集到的。
[0024]通过导航获得更好的网络接入，移动用户可以选择迂回路线(起点与目的地之间的整体路径长度可能会有较小百分比的增加)，而且可以显著改进移动网络接入的质量。
[0025]现在转到图10，描绘了根据一项实施例的直观图，示出了用于为用户确定起始位置与目标位置之间的推荐路径的系统1000，所述系统在确定时考虑到了网络质量。系统1000包含网络1008、网络测量部件1010，以及导航优化器1012。网络1008可以包含多个网络接入点1020 (例如，基站、WiFi接入点等)。
[0026]导航优化器1012可以用于通过用户接口(未图示)从用户1016接收对从起点1004到目的地1006的推荐路径(或多条路径)的请求，所述推荐路径也要满足路径上的一定网络质量水平，或者使得劣等网络可用性或网络性能基本上最小。所述请求可以包含与网络质量相关的用户约束。所述用户约束可以包含借以让推荐路径或路线的行进距离可能超过最短行进距离的限制或最大量。所述用户约束可以包含借以让推荐路径或路线的行进时间可能超过最快行进时间的限制或最大量。所述用户约束可以包含对所需的最低网络质量的说明。
[0027]导航优化器1012可以确定从起点1004到目的地1006的一条或多条路径1022、1024，并且通过接收器或接口(未图示)针对每条确定路径1022、1024从网络1008获取网络测量1010。测量可以是定期下载的，也可以是在穿过一个区域时通过电话录音测量而根据经验形成的。网络优化器1012可以从一条或多条路径1022、1024中确定一条或多条推荐路径，其中所述一条或多条推荐路径可以是网络和路径特性均满足请求中提供的用户约束的路径。网络优化器1012将导航结果1014提供给用户1016。导航结果可以是从起始点1004到目标点1006的一条或多条推荐路径1024，而且可以包含地图1002。除了推荐路径之外，网络优化器1012还可以提供与每条推荐路径相关联的各种网络质量参数的指示。这些网络质量参数可以帮助用户1016从多条推荐路径中选择要使用的路径。例如，网络质量参数可以包含平均上载吞吐量、平均下载吞吐量，以及网络类型(例如，3G、4G、WiFi?等)。
[0028]用户1016沿着路径前进可以由全球定位系统(GPS)或基站发射台(BTS)三角测量来追踪。在用户1016穿过从起始点1004到目标点1006的推荐路径时，导航优化器1012可以继续从网络1008接收网络测量1010，并且基于网络测量的变化来动态修改推荐路径。因此，网络优化器1012可以为用户1016提供更新的推荐路径，该更新的推荐路径利用修改的网络测量1010，以确保用户1016在行进过程中维持较高的网络质量。例如，如果推荐路径上的基站或其他网络接入点在用户行进过程中不可用，那么网络优化器1012可以提供新的推荐路径，从而让用户1016沿着新路径改换路线，以便保持接入网络1008。
[0029]在一项实施例中，网络优化器1012可以作为服务在服务器上实施，并且提供给移动装置(例如，采用移动电话或平板应用的形式)。在一项实施例中，网络优化器1012可以在移动装置上实施。
[0030]图11所示的地图1100示出了从起始点1004到目标点1006的路径1022，所述路径1022可能是由在确定路径时并未考虑网络质量的系统提供给用户的。图12所示的地图1100示出了基于对网络质量的考虑而确定的推荐路径1024。
[0031]图13的示意图示出了两条路径之间的网络性能差异。从源S到目的地D的最短路径是路径1304。然而，路径1302比路径1304略长，它的网络接入质量比路径1304好得多。因此，比起路径1304，用户可能更喜欢使用路径1302，以便利用更好的网络接入质量。
[0032]现在转到图14，描绘了根据一项实施例的流程图，示出了用于为移动装置的用户确定网络可用性得以改进的推荐路径的方法。方法1400在块1402处开始，在该块中，路线计算元件从用户接收对路线的请求。所述请求可以包含起始位置、目标位置，以及用户约束。所述用户约束可以包含行进约束和/或网络可接入性或网络质量约束。行进约束的实例可以包含最大容许行进距离、最大容许行进延误、最大容许耗气量、要避开的道路类型、要避开的位置，以及推荐路径上要包含的位置。所述行进约束可以是在行进时间方面，起始位置与目标位置之间的最短行进时间的最大增加百分比。所述行进约束可以是在行进时间方面，网络性能的最小增加百分比可以接受的最短行进时间的最大增加百分比。网络质量约束的实例可以包含最小容许网络带宽、最大容许网络延迟、最大容许包丢失率，以及最大容许抖动。用户约束可以为优化条件或优化目标。优化目标的实例可以包含确定具有以下特征之一的路径:带宽基本上最大、具有优选连接类型的时间基本上最多、包丢失率基本上最小、网络延迟基本上最小、容许抖动基本上最小、行进距离最短、行进时间最快、基本上使用最多优选的道路类型、基本上使用最少不合意的道路类型、包含指定的理想位置，以及排除指定的不合意位置。
[0033]在块1404处,路线计算元件确定起始位置或起始点与目标位置或目标点之间的潜在路线或路径。在块1406处，路线计算元件获取接近潜在路线的无线接入点(例如，基站和WiFi接入点)的网络 可接入性或网络质量信息。所述网络可接入性信息或网络质量信息可以包含每个或多个无线接入点的带宽、吞吐量、数据包丢失率、网络延迟以及抖动。所述网络可接入性信息可以由拥有至少一些无线接入点的服务提供商提供。在块1408处，路线计算元件可以确定起始位置与目标位置之间满足用户设定的要求的一条或多条推荐路径。推荐路径可能不是最短路径或最快路径，而可能是比最短路径长一点(或者是花费的时间比最快路径多一点)但网络可接入性或网络性能较高的路径。如果需要，可以下载交通、建筑和/或其他延误信息，并使用这些信息来确定优选路径。在块1410处，路线计算元件将一条或多条推荐路径提供给用户，在这之后，方法1400可以结束。
[0034]现在转到用于确定网络质量改进的推荐路径的示例性算法的问题公式化和求解，考虑道路图G(N，E)，其中u e N为顶点，而且<u，v> e E是从顶点u到v的定向道路。令L<u，v>为道路<u，v>的长度。令&为第i权值，它可以是任何网络相关指标，例如，带宽、丢失率以及延迟。《Μυ，ν>(χ)表示道路<u，v>上的点的第i权值，该点距顶点u的距离为X。因此，X e [0, L<u，v>]。
[0035]令pJ—’u^Ku” u2>, <u2, u3>,...，<uk_1； uk>}为从顶点 Ui 到顶点 uk 的非循环路径。P<ui,uk>={pJ<ui,uk>}是从W到uk的所有非循环路径的集合。p*<ul，uk> e ?<111?注明最短路径。路径Pj<ul，uk>的长度为:
Lρ{ Σ^<u,v> ( 3.1 )距路径上的顶点Ul的距离X为的点的第i权值可以表示为:
【权利要求】
1.一种用于为移动装置的用户确定从起始位置行进到目标位置的路径的方法，其包括:接收对从所述起始位置到所述目标位置的推荐路径的请求，其中所述请求包括起始位置、目标位置，以及网络质量约束；接收所述起始位置与所述目标位置之间的接入点的网络接入点信息；以及基于所述请求和所述网络接入点信息，通过处理器来生成从所述起始位置到所述目标位置的至少一条推荐路径，其中所述推荐路径满足所述网络质量约束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络质量约束包括以下项中的至少一项:最小容许网络带宽、最大容许网络延迟、最大容许包丢失率，以及最大容许抖动。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述请求进一步包括行进约束，其中所述行进约束包括以下项中的至少一项:最大容许行进距离、最大容许行进延误、最大容许耗气量、要避开的道路类型、要避开的位置，以及所述推荐路径上要包含的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述推荐路径的步骤包括生成满足所述网络质量约束的多条路径，而且其中所述推荐路径是所生成的路径之一。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述请求包括优化目标，而且其中所述推荐路径选自满足所述优化目标的所述多条路径中的一条路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述优化目标包括具有以下特征之一的路径:带宽最大、具有优选连接类型的时间最多、数据包丢失率最小、网络延迟最小、容许抖动最小、行进距离最短、行进时间最快、使用最多优选的道路类型、使用最少不合意的道路类型、包含指定的理想位置，以及排除指定的不合意位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述请求进一步包括行进约束，其中所述行进约束包括依据所述起始位置与所述目标位置之间的最短行进时间，行进时间的最大增加百分比。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述请求进一步包括行进约束，其中所述行进约束包括依据网络性能的最小增加百分比可以接受的最短行进时间，行进时间的最大增加百分比。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一条推荐路径包括多条路径，而且其中所述方法进一步包括向所述用户呈现所述多条路径。
10.一种用于为移动装置的用户生成从起始点行进到目标点的至少一条推荐路径的设备，其包括:接口，用于从用户接收对推荐路径的请求，其中所述请求包括所述起始点、所述目标点，以及用户约束；接收器，用于接收网络可接入性信息；以及处理器，所述处理器耦接到所述接口和所述接收器，并且用于基于所述用户约束和所述网络可接入性信息来确定所述至少一条推荐路径。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述接收器进一步用于接收动态更新的网络可接入性信息，当所述用户从所述起始点向所述目标点前进，而且其中所述处理器进一步用于基于所述动态更新的网络可接入性信息来确定更新的推荐路径。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述用户约束包括对所述推荐路径可以超出最短路径和最快路径之一的程度进行的限制。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述用户约束进一步包括对于将被选作所述推荐路径的预期路径而言，并非所述最短路径和所述最快路径之一的所述预期路径的网络可接入性必须超出所述最短路径和所述最快路径之一的网络可接入性的最小容许量。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述用户约束包括网络可接入性的最低容许水平。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述用户约束包括行进约束和网络可接入性约束中的至少一者。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述行进约束包括依据所述起始点与所述目标点之间的最短行进距离和最快行进时间中的一者，行进距离和行进时间中的一者的最大增加百分比。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述行进约束包括网络性能的最小增加百分比可以接受的行进距离和行进时间中的一者的最大增加百分比。
18.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少一条推荐路径包括多条路径。
19.根据权利要求10所述的设备，其中所述设备是所述移动装置和服务器中的一者。
20.一种用于为移动装置的用户生成从起始点行进到目标点的至少一条推荐路径的系统，其包括:无线网络；用户接口，用于从用户接收对推荐路径的请求，其中所述请求包括所述起始点、所述目标点，以及约束；接收器，用于从所述无线网络接收网络可接入性信息；以及处理器，所述处理器耦接到所述用户接口和所述接收器，并且用于基于所述约束和所述网络可接入性信息来确定所述至少一条推荐路径。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述约束包括以下项中的至少一项:优化目标、行进约束，以及网络可接入性约束。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述优化目标包括具有以下特征之一的路径:带宽最大、具有优选连接类型的时间最多、数据包丢失率最小、网络延迟最小、抖动最小、行进距离最短、行进时间最快、使用最多优选的道路类型、使用最少不合意的道路类型、包含指定的理想位置，以及排除指定的不合意位置。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述行进约束包括以下项中的至少一项:最大容许行进距离、最大容许行进延误、最大容许耗气量、要避开的道路类型、要避开的位置，以及所述推荐路径上要包含的位置。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述网络可接入性约束包括以下项中的至少一项:最小容许网络带宽、最大容许网络延迟、最大容许包丢失率，以及最大容许抖动。
25.根据权利要求19所述的系统，其中所述至少一条推荐路径包括多条推荐路径。
【文档编号】H04W64/00GK103703842SQ201280035705
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2011年7月20日
【发明者】谢海永, 石聪, 施广宇 申请人:华为技术有限公司